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中國(guó)自20世紀(jì)70年代以來(lái)，在水行業(yè)中對(duì)水計(jì)量中流量計(jì)的選擇通過(guò)無(wú)數(shù)經(jīng)驗(yàn)的實(shí)踐中，目前大多數(shù)都比較認(rèn)可管段式電磁流量計(jì)，到了21世紀(jì)以后，基本上定型了管段式電磁流量計(jì)，中國(guó)水協(xié)設(shè)備委也發(fā)布在全國(guó)水司中目前管段式電磁流量計(jì)占有75%以上的市場(chǎng)，主要用于自來(lái)水水廠及原水計(jì)量環(huán)境。但是隨著這幾年對(duì)于漏損率控制的要求，城市自來(lái)水管網(wǎng)中對(duì)于流量計(jì)的需求越來(lái)越多，而城市管網(wǎng)中管道上安裝流量計(jì)比水廠中復(fù)雜的多。因此，插入式流量計(jì)被大家所選擇，其中插入式超聲波流量計(jì)尤其在插入式類流量計(jì)中獨(dú)樹(shù)一幟，此文給大家一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)和解決方案。

關(guān)鍵詞  漏損率  自來(lái)水管網(wǎng) 分區(qū)計(jì)量  插入式流量計(jì) 插入式超聲波流量計(jì)

一、引言

根據(jù)國(guó)家水十條要求，2020年前各地區(qū)水司漏損率要求降低到10%以下，這個(gè)目標(biāo)將要求供水企業(yè)通過(guò)多種方式方法來(lái)解決漏損問(wèn)題，精準(zhǔn)計(jì)量將是其中重要的方法之一。2018年國(guó)家又修訂了新版的“城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)漏損控制及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)”CJJ92-2016，這也是達(dá)到節(jié)水型城市的基本要求,其中第4.4條款明確要求進(jìn)行分區(qū)計(jì)量管理。而城市管網(wǎng)中管道的位置錯(cuò)綜復(fù)雜，需要安裝計(jì)量節(jié)點(diǎn)的選擇比較困難，有的在野外，計(jì)量及遠(yuǎn)傳監(jiān)控設(shè)備供電比較困難，成本非常高；有的在道路上，施工時(shí)間不允許太長(zhǎng)，作業(yè)面不能太大。在主各級(jí)分區(qū)大口徑管道上停水破管安裝計(jì)量基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。因此自來(lái)水公司對(duì)于在1級(jí)和2級(jí)管網(wǎng)中大于DN300的管道上一般采取選用既不需要停水破管安裝的插入式流量計(jì)，也不需要市電供電的電池供電的流量計(jì)，且也必須保證高精度，長(zhǎng)期穩(wěn)定性，量程比較高的流量計(jì)，通過(guò)幾年的實(shí)踐和應(yīng)用，西門子插入式超聲波流計(jì)脫穎而出，成為在此應(yīng)用場(chǎng)合中的佼佼者！

二、超聲波流量計(jì)的原理及分類

超聲波流量計(jì)根據(jù)它的原理不同分為時(shí)差式和多普勒式，多普勒式是專門測(cè)量污水或者有顆粒懸浮介質(zhì)時(shí)使用的，根據(jù)懸浮物或者氣泡反射的頻率發(fā)生的偏移量與介質(zhì)流量成正比來(lái)測(cè)量管道內(nèi)流量的，由于不是我們此次專題自來(lái)水行業(yè)內(nèi)應(yīng)用，在此不展開(kāi)討論。而時(shí)差式超聲波流量計(jì)的原理是根據(jù)聲波在流體中順流和逆流傳播的時(shí)間差與流體流速成正比這個(gè)原理來(lái)測(cè)量流體流量的，主要用于水行業(yè)，西門子插入式超聲波流量計(jì)就是用這個(gè)原理流。速沿管道分布圖：

超聲波在流體中傳播，當(dāng)傳播方向與流體流向一致時(shí)，即從點(diǎn)A向點(diǎn)B順流傳播，其傳播時(shí)間小于聲波在流體中逆流傳播的時(shí)間（從B點(diǎn)向A點(diǎn)）。順逆流傳播的時(shí)間差與管道中的流體流速有關(guān)。

測(cè)量原理

SITRANS F US SONOFLO 流量計(jì)的兩個(gè)超聲換能器與管道軸線成θ角安裝。換能器作為超聲信號(hào)的發(fā)射和接收裝置。測(cè)量結(jié)果由超聲信號(hào)順逆流傳播時(shí)間決定。其測(cè)量原理可由下式表示：

v = K x（tA，B - tB，A）/（tA，B x tB，A）= K x Δt/t

v = 平均流速  

t = 傳播時(shí)間  

K = 流量比例系數(shù)

注：測(cè)出短時(shí)間間隔內(nèi)順逆流傳播的延遲時(shí)間，則流體的粘度和溫度對(duì)測(cè)量精度均無(wú)影響。 

超聲波流量計(jì)根據(jù)換能器的安裝方式不同又可分為管段式超聲波流量計(jì)，插入式超聲波流量計(jì)和外夾式超聲波流量計(jì)以及便攜外夾式超聲波流量計(jì)。其中管段式超聲波流量計(jì)安裝方式跟管段式電磁流量計(jì)完全一樣，法蘭安裝于管道上，實(shí)現(xiàn)計(jì)量的目的，沒(méi)有替代的必要。而插入式超聲波流量計(jì)由于其不需要停水破管安裝，其價(jià)格也不隨固定管段式流量計(jì)口徑增加而加大，且換能器在插入管道內(nèi)壁，其聲波信號(hào)只經(jīng)過(guò)水直接傳播，而不通過(guò)管壁和內(nèi)襯反射，測(cè)量不受管壁和內(nèi)襯影響。西門子插入式超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理中不受水溫變化的影響，無(wú)需進(jìn)行溫度補(bǔ)償，避免了通常超聲波流量計(jì)需要溫度補(bǔ)償帶來(lái)的不確定性。該型號(hào)超聲波流量計(jì)有電池供電方式與市電供電2種方式可選，需要的安裝空間非常小，不需要太大的作業(yè)面。因此更適應(yīng)在城市水管網(wǎng)中使用。

三、用好插入式超聲波流量計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)

1、流量計(jì)儀表本身的高質(zhì)量，換能器的穩(wěn)定性和高精度，聲波發(fā)生器壓電晶體的長(zhǎng)久抗疲勞性能，變送器的抗干擾性能和信號(hào)拾取分辨等等都決定了插入式超聲波流量計(jì)性能，西門子插入式超聲波壓電晶體采用美國(guó)軍工聲納材料，變送器保證了高精度和寬量程比，高穩(wěn)定性及高可靠性。

  

 流量計(jì)安裝夾具專利號(hào)：ZL201620112966.9

 流量計(jì)安裝裝置專利號(hào)：ZL201520821582.X

3、溫度的影響

  聲波在不同溫度介質(zhì)中速度是不同的，因此一般超聲波流量計(jì)由于對(duì)于溫度的影響無(wú)法避免，造成季節(jié)變化甚至每天早晚溫度的變化帶來(lái)非常大的誤差，科學(xué)表明一般10°C會(huì)引來(lái)誤差 2%左右，因此冬夏季節(jié)變化會(huì)帶來(lái)誤差，雖然后來(lái)有些 有溫度補(bǔ)償措施，但是仍然不能滿足用戶對(duì)于高精度性能的要求。而西門子插入式超聲波流量計(jì)的特殊專利技術(shù)，使介質(zhì)溫度變化對(duì)我們的超聲波流量計(jì)精度沒(méi)有影響，季節(jié)變化，場(chǎng)合變化對(duì)于該流量計(jì)沒(méi)有影響。

4、介質(zhì)中小氣泡影響造成輸出信號(hào)突變

  插入式超聲波發(fā)射和接受聲波時(shí)，是一條波束，一般俗稱線速度，如果波速中碰到水中小氣泡，實(shí)際上是介質(zhì)從水變成了氣體，普通的超聲波流量計(jì)是無(wú)法判斷，即測(cè)不到傳播速度，就會(huì)造成輸出信號(hào)突變，而西門子超聲波流量計(jì)變送器中采用了智能的判斷模塊電路，可以自動(dòng)判斷小氣泡的影響，濾除突變輸出，使用戶信號(hào)輸出保

5、獨(dú)特的市電供電及電池供電無(wú)縫切換技術(shù)

西門子插入式超聲波流量計(jì)超越普通超聲波流量計(jì)的供電技術(shù)，可以單獨(dú)3.6V電池供電，也可以單獨(dú)AC220V供電，當(dāng)市電供電，電池備份方式時(shí)，市電與電池供電模式可安全無(wú)縫切換，更適合在不同供電場(chǎng)合下使用，以方便用戶選用。

6、西門子擁有全球領(lǐng)先的便攜外夾式超聲波流量計(jì)核查表（原美國(guó)康創(chuàng)公司產(chǎn)品），在國(guó)內(nèi)眾多省市級(jí)等計(jì)量院作為標(biāo)準(zhǔn)核查設(shè)備�？梢詫�(duì)安裝在現(xiàn)場(chǎng)的插入式超聲波流量計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)，讓用戶可以放心使用，對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性更加有信心。

   

          現(xiàn)場(chǎng)核查比對(duì)

四、西門子插入式超聲波流量計(jì)的應(yīng)用及實(shí)踐

1、行業(yè)內(nèi)伙伴曾使用了插入式電磁流量計(jì)進(jìn)行 DMA 計(jì)量量檢測(cè)，沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果。得知西門子插入式超聲波流量計(jì)使用效果明顯，徑協(xié)商后需要我們提供一臺(tái)到開(kāi)封水大流量站進(jìn)行比較，校準(zhǔn)的結(jié)果顯示所有點(diǎn)誤差全部在±0.5%范圍內(nèi)。以下是在國(guó)家水大流量計(jì)量站的檢測(cè)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)照片。

檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示西門子插入式超聲波流量計(jì)的測(cè)量流速超過(guò)一半是在低流速狀態(tài)下測(cè)量，而且精度、線性表現(xiàn)優(yōu)秀，即使在0.05米/秒低流速下也能保證高精度測(cè)量。下表中校準(zhǔn)精度是此臺(tái)流量計(jì)的實(shí)際精度，可達(dá)到±0.5%。插入式超聲波流量計(jì)與管段式超聲波流量計(jì)的測(cè)量方式完全一樣，優(yōu)越的性能可以讓每個(gè)用戶體驗(yàn)到精準(zhǔn)計(jì)量帶來(lái)的成就感。

2、清華大學(xué)合肥生命線工程

地下管網(wǎng)猶如城市看不見(jiàn)的“血管”，保養(yǎng)維護(hù)十分重要。如何才能保障地下管網(wǎng)運(yùn)行得安全、順暢，清華大學(xué)合肥公共安全研究院承接了合肥市城市生命線工程安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)項(xiàng)目，總投資30億元，對(duì)合肥市區(qū)范圍內(nèi)的52座公路橋梁、近2000公里的燃?xì)�、�?水、排水和熱力等地下管網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)安全監(jiān)測(cè)，目前項(xiàng)目一期已建設(shè)完成并投入運(yùn)營(yíng)，取得良好效果。項(xiàng)目二期已完成方案設(shè)計(jì)即將開(kāi)始實(shí)施。

一期項(xiàng)目中供水管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)范圍包括合肥市北城區(qū)供水管網(wǎng)53.35公里、一環(huán)周邊老城區(qū)部分管網(wǎng)約157公里、省政務(wù)中心周邊的供水管網(wǎng)約100公里、市政務(wù)中心周邊的供水管網(wǎng)約100公里、肥西縣供水區(qū)域內(nèi)管網(wǎng)約125公里、董鋪水庫(kù)-五水廠-四水廠、龍河口水庫(kù)-磨墩水庫(kù)-七水廠的原水管道及新三水廠的主出水管道約176.2公里、過(guò)河或過(guò)橋裸露管道管網(wǎng) 1.9公里、淝河路DN1200供水管道約0.65公里。通過(guò)對(duì)管網(wǎng)中特征參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析評(píng)估運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)展態(tài)勢(shì)及潛在風(fēng)險(xiǎn)，為公共設(shè)施安全預(yù)警，應(yīng)急處置提供數(shù)據(jù)支持和科學(xué)決策依據(jù)。

由清華大學(xué)社會(huì)公共安全研究院總包的合肥生命線工程一期使用15套雙聲道插入式超聲波流量計(jì)，從DN600～ DN1400，使用效果良好，南京惠然獨(dú)特的小尺寸安裝專利技術(shù)，在儀表井制作費(fèi)用就節(jié)省了近百萬(wàn)土建費(fèi)用。

二期DN300～DN1800目前使用了108套雙通道插入式超聲波流量計(jì)，后期項(xiàng)目仍在繼續(xù)。安裝調(diào)試結(jié)束后采用西門子便攜式超聲波流量計(jì)進(jìn)行每個(gè)安裝點(diǎn)核查，精度和穩(wěn)定性都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

以下選擇其中最為關(guān)鍵的主管道上自出廠到下游安裝點(diǎn)的流量計(jì)進(jìn)行比對(duì)檢測(cè)，不同原理儀表和不同位置，在同一根管道上安裝檢測(cè)：

主管網(wǎng)安裝順序如下圖：每個(gè)安裝點(diǎn)相隔十多公里，每個(gè)點(diǎn)3臺(tái)表。

主管網(wǎng)上西門子插入式超聲波流量計(jì)共安裝10臺(tái)，以下三臺(tái)是非常溢洪道安裝點(diǎn)，一臺(tái)DN1200，一臺(tái)DN1400，一臺(tái)DN1600，具體數(shù)據(jù)如下：

 

DN1200 在線核查數(shù)據(jù)：

核查時(shí)間 2018/9/29，西門子核查表 FUP1010 證書號(hào)：180412313  

DN1400 在線核查數(shù)據(jù)：

核查時(shí)間 2019/2/13，西門子核查表 FUP1010 證書號(hào)：180412313

DN1600 在線核查數(shù)據(jù)：

核查時(shí)間 2019/2/13，西門子核查表 FUP1010 證書號(hào)：180412313

合肥自來(lái)水公司管網(wǎng)DMA分區(qū)計(jì)量插入式超聲波流量計(jì)公開(kāi)招標(biāo)中我們?cè)俅沃袠?biāo)43套以下是部分現(xiàn)場(chǎng)照片：

3、寧波鄞州供水公司

2016年3月份，寧波鄞州供水公司向我司采購(gòu)一套雙通道流量計(jì)，用于一條DN300的分區(qū)計(jì)量點(diǎn)，要求帶壓安裝，測(cè)量精度高于±1.0%，此管道位置在跨河道上。結(jié)果安裝位置可靠準(zhǔn)確，測(cè)量穩(wěn)定，精度達(dá)到用戶要求。

時(shí)間：2019-5-22